直放站工程设计与调测

五、移动通信直放站工程设计与调测1前期勘测及理论测算为了最大限度发挥直放站工作效果，在安装前均需进行实地测点，并按照测点的结果对覆盖效果及覆盖面积进行初步估算，测点通常按照以下几个步骤进行。◆根据覆盖要求确定设备具体安装站址，准备前期的基础工程，如铁塔、机房、供电、接地等；◆确定需要转发的基站载频号，并测试接收点信号场强值；◆根据场强值初步确定使用设备的类型，天线的使用类型，天线的安装高度及位置；◆通过计算预测设备的工作增益、最大输出功率值；◆根据设备的输出功率及重发天线的类型预测设备开通后的覆盖范围及覆盖效果。在基本确定了设备的功率、重发天线的高度后，可对信号覆盖范围作一个初步的测算，利用陆地移动通信电波传播衰耗特性，通过Okumura模型可计算路径损耗。Okumra经验公式如下：Lm=69.55+26.16lgf-13.82log(hb)-a(hm)+[449.9-6.51log(hb)]log(d)取频率f=870MHz，上式可简化为：Lm=146.4-13.8log(hb)-a(hm)+[44.9-6.5log(hb)log(d)]其中:a(hm)为修正因子，中小城市：a(hm)=2.53hm-3.8;大城市：a(hm)=3.2[lg(11.75km)]12-4.97hm为移动用户天线高度，取hm=1.5m,则a(hm)=0，通过路径损耗Lm可以测出覆盖距离。2站址选择及定位如果为了扩大基站覆盖范围，直放站应安装在基站覆盖区边界处。使用路测仪在地面测出的基站信号强度一般为-85dBm至-95dBm，在源天线处测得基站信号强度一般为-75dBm至-85dBm。直放站距离基站太近（源天线接收信号强），则直放站与基站形成重叠覆盖，移动台信号一路通过直放站延时后到达基站，一路直接到达基站，将会对基站形成多径干扰。所以，尽量减少直放站与基站重叠覆盖的区域面积，以保证对移动通信网的干扰尽可能最小。直放站距离基站太远，源天线接收信号弱，则直放站前向输出功率较小，覆盖范围较小，达不到增大覆盖面的目的。由于重发天线是定向角度天线，直放站站址最好选在盲区外，靠近盲区边沿（根据现场条件确定，通常大约50-200米）。如图1。如果选在盲区内（如图2），则不能达到最佳覆盖效果。直放站覆盖城市边缘的密集住宅区时，应避免在楼群的正面选点（如图3），因为CDMA信号要直接穿透靠前的楼房，才可覆盖到后面的区域，由于信号在穿透过程中衰减很大，信号强度将会很弱。如果从高楼的侧面覆盖（如图4），信号可以从楼与楼之间的空隙穿过，并借助反射达到很好的覆盖效果。3确定施主天线及重发天线的安装因CDMA信号是宽带信号，受多径影响较大，天线位置的选择对直放站的覆盖范围影响很大，除考虑天线隔离度、输入信号电平大小因素之外，还需要考虑直放站输入信号的波形质量。原天线位置不合适，直放站向覆盖区转发恶劣信号，手机用户不可能接入基站。为增大隔离度，施主天线与重发天线采用背对背安装方式。当安装在铁塔上时，使用铁塔平台对天线进行隔离，当安装在楼房顶时，使用建筑物或增大天线水平距离进行隔离。如果两天线之间有隔离物，如楼顶的水箱、电梯间等，安装时要避免两天线在一侧。如果建筑物为钢筋混凝土结构，施主天线在满足信号接收强度的基础上，应尽量靠近建筑物（通常重发天线可放在建筑物上面，施主天线靠近建筑物侧墙）。如果建筑物为一般砖墙结构，应考虑用建筑物隔离和拉长距离的方法来满足隔离度要求。如塔上平台可做隔离物，天线可分别安装在平台、下塔身处。4测量收发隔离度收发隔离度，即CDMA信号从直放站前向输出端口至前向输入端口（或者从反向输出端口至反向输入端口）的空中路径衰减值，其大小直接影响着直放站的增益配置，在确定天线位置后，一定要测量隔离度。直放站前向输出功率比反向输出功率大，主要考虑前向链路的收发隔离度。收发隔离度分为水平隔离度和垂直隔离度。水平隔离度Lh用分贝表示公式如下：Lh=22.0+20log10(d/λ)-(Gt+Gr)+(Xt+Xr)(1)其中：22.0为传播常数d为收发天线水平间隔（单位：英尺）λ为天线工作波长（单位：英尺）Gt、Gr分别为发射和接收天线的增益（单位：dB）Xt、Xr分别为发射和接收天线的前后比（单位：dB）垂直隔离度Lv用分贝表示公式如下：Lv＝28.0+40log10(d/λ)(2)其中：28.0为传播常数d为收发天线水平间隔（单位：英尺）λ为天线工作波长（单位：英尺）按照工程设计要求，隔离度L（dB）应大于直放站最大工作增益Gmax约10-15dB。现取LGmax=12dB，考虑通常情况下直放站最大工作增益G=90dB，故L应不小于102dB，取f=850MHz，Gr=20dB，Gt=10dB，Xr=45dB，Xt=40dB，由式（1）计算，天线间最小水平距离应为20米，由式（2）计算，天线间最小垂直距离应为22米。图5为收发隔离度与水平放置和垂直放置的两天线空间距离的关系曲线（f=850MHz,Gr=5dB）以上为收发天线隔离度的工程计算值，在实际施工应视具体情况加以必要调整，以最大限度满足现场对隔离度的要求。5设备调整与调测天线馈线与直放站正确连接，加电开机，设置直放站增益，使最大工作增益低于收发隔离度约12dB。以某一CDMA直放站调整为例，该直放站额定输出功率为+30dBm(1W)，额定增益不超过90-95dB，若施主天线接收点接收的基站场强值为-80dBm，施主天线采用1.8米栅网抛物面天线，则天线增益Gant＝21.6dB。若施主天线距主机30米，馈线则采用SYV-50-22型低耗馈线，该馈线850MHz时每米损耗约0.03dBm，则馈线损耗L=0.9dB，若收发隔离度达到102dB，则Gmax为102dB-12dB＝90dB。直放站输出功率Pout=-80dbm+Gmax+Gant-L=30.5dB。在已达到设备的额定输出功率要求，现场安装后用HP-8563E频谱分析仪实测输出功率Pout为30.1dBm，通过实测得出结果与以上计算的基本吻合。调整增益时，在动态范围内按照从小到大步进调整的方法进行，但不能超过最大增益Gmax，否则容易使直放站产生过压和自激现象。天线的隔离决定了直放站增益的大小，间接决定了直放站是否可达到最大的输出功率，影响着直放站的覆盖范围。另外，直放站安装后，隔离度并非不再变化，它受到外界环境的影响，会产生波动。CDMA直放站应具有隔离度自动控制和监测功能，以保持其在各种外界环境下正常工作。6路测优化根据网络规划、覆盖要求、路测覆盖范围，调整转发天线的水平角度、俯仰角度和直放站增益，达到直放站理想覆盖。在覆盖公路、隧道等带状区域时，可调整角反射器角度，通过控制波束宽度来满足对该区域的理想覆盖。路测时，应识别基站信号、经直放站放大后的信号、相邻基站信号，并作好相关记录。7工程设计确认通过仪器测试及实地通话测试，确认工程方案是否达到原设计要求，如与原来有较大的出入，需对以下工作重新调整。◆必要时重新确定直放站站址；◆重新调整设备及天馈，使收发隔离度达到预定值；◆重新调整直放站的各项工作参数（如增益等），使其达到最佳工作状态。8工程设计中需要注意的几个问题（1）信号自激直放站安装不当，收发天线隔离度不够，整机增益偏大时，输出信号经延时反馈到入端，致使直放站输出信号发生严重失真产生自激。CDMA信号自激的频谱如图6,发生自激后CDMA信号波形质量变差，严重影响通话质量，产生掉话现象。克服自激现象的方法有两种：◆一是增大施主与重发天线的隔离度;◆二是降低直放站增益。当要求直放站覆盖范围较小时，可采用了降低增益的办法。当要求直放站的范围较大时，应增大隔离度。工程中主要采用以下几种方法：增大收发天线的水平及垂直距离；增加遮挡物，如加装屏蔽网等；增加施主天线的方向性，如使用抛物面天线；选用方向更强的重发天线，如定向角度天线；调整施主与重发天线的角度和方向，使两者尽量背向。（2）导频信号切换频繁（即“乒乓”现象）这种现象主要是指在直放站覆盖区内，手机用户在2个或多个基站导频间反复切换，经常同时接入多个基站。其原因是直放站天线安装不当，施主天线安装在多个基站重叠覆盖区内，接收到多个基站的导频信号，而且强度相近，交替占优，经直放站中继后各导频信号强度仍很接近，造成覆盖区内移动台在多个基站间频繁切换，俗称“乒乓”现象。当各导频信号强度之差小于3dB时，移动台同时接入2个或多个基站，给系统控制的负荷加重或引起过载，增加了中断通信的可能性，并降低基站系统容量。这种情况多出现在地形复杂的山区、丘陵地带和楼群密集的城区，如图7所示。为尽量避免“乒乓”现象，工程中主要采取以下措施。改变施主天线安装位置，使施主天线对准一个基站，直到找出较强的导频信号且稳定；改变直放站安装站址，尽量不要选址在基站覆盖区的交界处，以避开相邻基站的干扰；选用方向性更强的施主天线，如高增益大口径抛物面天线；采用分集接收技术。一般在测点选址时，需要使用频谱分析仪或路测仪对基站信号强度进行监测，避免在基站覆盖交叉区域和基站导频切换频繁地区安装直放站。（3）接收信号频率选择性衰落如图8所示，由于空中信号传输多径，会造成CDMA信号的频率选择性衰落。当施主天线接收到这样的信号时，经直放站放大，发射到覆盖区，移动台接收此信号，通话质量较差，严重时手机用户将检测不到前向导频信号。所以，以安装施主天线时，一定要检测施主天线接收到的前向信号的频谱，发现频率选择性衰落时，要及时调整天线角度或位置，直至收到频谱比较理想且电平较高的前向CDMA信号。9直放站上下行平衡的说明在直放站安装使用过程中，用户较关心的问题是，覆盖范围有多大，这跟下行输出功率有关，国家无委在型号核准检测时规定直放站下行输出功率30dBm±3dBm，但直放站下行输出功率应该多大？是否越大越好？因为移动通信是双向的，必须考虑上下行的平衡，以下就基站与手机、直放站与手机的上下行平衡作一说明。一般来说，直放站设计输出功率比基站要低得多，对于基站，下行输出功率大致为43dBm（各厂家有所不同，ERICSSON最大为47dBm），现常用的手机上行输出功率仅33dBm，二者存在10dB左右的差值，在基站采用分集接收等手段后，上行可增加6dB左右增益，基站接收机噪声系数NBSF约2dB，手机接收机噪声系数NMSF约6dB，根据上下行平衡原理：PBS＋NBSD＝PMS＋NMSF＋6dB（分集增益）43dBm＋2dB＝33dBm＋6dB＋6dB（分集增益）下行输出虽然大于上行，但上下行是平衡的。假设直放站下行输出功率33dBm，上行接收机噪声系数NRPF约4dB，直放站没有分集接收功能，且增加直放站后，基站接收上行噪声会增加约2dB，根据上下行平衡原理：PRP＋NRPF＋△S（基站接收增加噪声）＝PMS＋NMSF33dBm＋4dB＋2dB＝33dBm＋6dB上下行是平衡的！如果直放站下行输出功率大于33dBm，则上下行将不平衡，如果上下行出现不平衡，将会:---扰乱手机的自动功率控制；---由于上下行不平衡，在覆盖区内会产生掉话，影响话务统计中的接通率和掉话率。所以国家无委明确规定直放站下行输出功率30dBm±3dBm，主要是为了上下行平衡，不至于在安装直放站后影响网络参数。实际上，直放站覆盖好坏主要体现在使用效果、设备性能指标、稳定性、不影响网络参数上，单纯追求下行的大功率是没有意义的，且违反国家无委的有关规定总之，移动通信直放站的设置应主要解决诸如郊县主要公路、铁路交通等狭长地形的覆盖；对于基站载频利用率不高的区域，可以通过直放站将富余的通信能力转给需要的地方，提高设备利用率；尽量设在相对隔离区域，选择合适的基站作为信号源，以免产生无线干扰。六、移动通信直放站的选型与工程安装1、直放站选型时需要注意的问题(1)对于GSM数字网，应该首选具有信道选择功能的直放站以前，使用宽带选择式的直放站应用于模拟网，这种宽带选择式的直放站对于模拟网来说起到了一定的网络优化作用，不存在不同网络之间的干扰问题。但在数字GSM网系统中，使用宽带选择式的直放站